ES2600564T3

ES2600564T3 - Procedimiento de calentamiento de una carga

Info

Publication number: ES2600564T3
Application number: ES07823553.8T
Authority: ES
Inventors: Nicolas Docquier; Bernard Labegorre; Bernard Zamuner
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: PL2041493T3; US9115016B2; CN101484750B; WO2008003909A3; FR2903478A1; US20090311639A1; EP2041493A2; PT2041493T; WO2008003909A2; JP5420403B2; FR2903478B1; JP2009543013A; EP2041493B1; CN101484750A

Abstract

Procedimiento de calentamiento de una carga con ayuda de una llama originada por una lanza y/o un quemador, caracterizado por que, en una primera fase, se dirige la llama en dirección a la carga, y por que, en una segunda fase, se dirige la llama sensiblemente paralelamente a la carga.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de calentamiento de una carga

La presente invencion se refiere a un procedimiento de calentamiento de una carga con ayuda de una llama de orientacion variable frente a la carga, pudiendo ser esta llama orientable originada especialmente por una lanza y/o un quemador y, mas en particular, especialmente una lanza y/o un quemador que incluye al menos un canal de inyeccion de al menos un chorro principal, tal como un chorro que contiene comburente, combustible o una premezcla comburente y combustible.

Contexto de la invencion

En la practica, se determinan al disenar el quemador las condiciones de interaccion de los diferentes chorros o flujos de comburente y de combustible puestos en practica por el quemador. Una vez realizado el quemador, solo pueden ser modificadas las condiciones de funcionamiento.

Las condiciones de operacion de los procedimientos industriales de combustion pueden evolucionar con el tiempo. Este es, por su propia naturaleza, el caso de los procedimientos intermitentes, pero tambien es el caso de los procedimientos continuos para los cuales pueden variar, dependiendo de las caractensticas de las cargas que han de calentarse, las necesidades de produccion. Este es, de manera mas general, el caso de cualquier unidad de produccion sometida al envejecimiento o sensible a las condiciones variables de su entorno.

Para adaptar las prestaciones de los quemadores a condiciones de funcionamiento variables, el operario tan solo dispone, las mas de las veces, de dos parametros: la potencia de funcionamiento del quemador y el nivel de exceso de oxidante (oxfgeno en exceso estequiometrico de oxfgeno).

Ciertas tecnologfas de combustion permiten modos discretos de funcionamiento. Este es, por ejemplo, el caso de los quemadores llamados “de doble impulsion”, que utilizan dos sistemas de inyeccion diferentes segun que se quiera operar el quemador a baja o a alta impulsion. Estos dos modos de funcionamiento permiten aumentar el campo de funcionamiento o de utilizacion del quemador.

Sin embargo, las modificaciones del punto y/o del modo de funcionamiento son insuficientes, las mas de las veces, para optimizar en todas las condiciones las prestaciones de los quemadores o de los procedimientos que emplean estos quemadores. Por ejemplo, la introduccion dclica en un horno de fusion de materia solida a temperatura ambiente va a llevar al operario (o al sistema de regulacion) a incrementar la potencia de calentamiento en orden a obtener la fusion mas rapida posible (en vistas a aumentar la productividad), pero sin menoscabar por ello la carga en fusion (calidad del producto) ni sobrecalentar el horno (vida util de los equipos).

Este compromiso entre productividad y calidad y/o vida util depende de la capacidad del sistema para transferir la energfa a la carga, evitando sobrecalentamientos de la misma o de los refractarios del horno. Este compromiso se traduce en un tiempo de fusion por debajo del cual toda ganancia de productividad se vera contrarrestada por una degradacion de la calidad del producto o por la reduccion de la vida util del horno.

Se conoce, por el documento WO-A-9744618, un quemador que incluye un chorro central de combustible rodeado, primero, por una pluralidad de chorros de comburente primarios y, luego, por una pluralidad de chorros de comburente secundarios. Asf, es posible modificar en funcionamiento la posicion de la llama.

La utilizacion en un horno de fusion de llamas de direcciones variables es conocida tambien por el documento EP-A- 1213364.

Objeto de la invencion

La invencion se propone controlar el calentamiento de una carga sin provocar un sobrecalentamiento localizado. Descripcion de la invencion

De acuerdo con la invencion, el calentamiento de la carga es tal que, en una primera fase, se dirige una llama originada por una lanza y/o un quemador en direccion a la carga y, en una segunda fase, se dirige la llama sensiblemente paralelamente a la carga.

En particular, durante la primera fase, el angulo de inyeccion o la incidencia 9 de la llama puede estar comprendido entre aproximadamente 90° y 5°, tfpicamente entre aproximadamente 90° y 10°. Durante la segunda fase, el angulo de inyeccion o incidencia 9 de la llama esta comprendido tfpicamente entre aproximadamente 5° y 0°.

Se entiende por angulo de inyeccion o incidencia, el angulo 9 de la llama con respecto a la horizontal. Cuando la incidencia es nula, la llama es horizontal y paralela al plano definido por la superficie libre o expuesta de la carga (hecha excepcion de las irregularidades de la superficie libre, en el caso de una carga solida).

Cuando la incidencia es no nula, la llama esta inclinada bajo la horizontal y dirigida hacia la solera de la cuba de

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fusion del horno. En un angulo de inyeccion 9 de 90°, la llama presenta una direccion hacia la carga y perpendicular al plano definido por la superficie libre de la carga. En un angulo de inyeccion 9 de 0°, la direccion de la llama es paralela al plano definido por la superficie libre de la carga.

Preferentemente, el angulo de inyeccion 9 de la llama durante la primera fase esta comprendido entre 5° y 75°, mas preferiblemente de 25° a 45°.

El quemador / la lanza incluye, ventajosamente, una antecamara (por ejemplo, de ceramica).

La llama, cuya direccion tiene que ser asf variada, se realiza preferentemente por medio de una lanza y/o de un quemador de posicion fija. Esto precisa hacer mover la llama por medios que no sean mecanicos. Y es que unos medios mecanicos son fuente potencial de mal funcionamiento, en particular en entornos hostiles, tales como los hogares a temperatura elevada.

En particular, en el caso de una lanza y/o de un quemador de posicion fija, la llama puede ser creada por al menos un chorro de direccion variable, resultante de la interaccion entre al menos un chorro de fluido, llamado chorro principal o primario, y al menos otro chorro de fluido, llamado chorro secundario o accionador.

El chorro principal es, ventajosamente, un chorro que contiene comburente, combustible o una premezcla comburente y combustible.

La lanza / el quemador puede incluir, de manera util, al menos un canal de inyeccion de comburente y al menos un canal de inyeccion de combustible, dispuestos concentricamente entre st La lanza / el quemador puede incluir, asimismo, al menos un canal de inyeccion de comburente y al menos un canal de inyeccion de combustible separados, preferentemente paralelamente entre st

De acuerdo con una variante, la llama es tambien de apertura variable. El termino “apertura” de un chorro o de una llama designa, en general, para un chorro que aboca desde una canalizacion, el angulo entre el eje longitudinal de la canalizacion y la generatriz en la superficie del chorro / de la llama.

Mas en particular, la llama puede ser creada por al menos un chorro resultante de direccion (y, ocasionalmente, tambien de apertura) variable, resultando dicho chorro de la interaccion entre al menos un chorro de fluido principal y al menos un chorro de fluido secundario. Preferentemente, se hace variar la relacion de los caudales de al menos un chorro principal y de al menos un chorro secundario que interaccionan uno con otro, en tanto que, mas preferiblemente, el cambio de direccion de la llama resulta de la mera interaccion de al menos un chorro principal y de al menos un chorro secundario.

La invencion permite una modificacion de la resistencia termica entre la llama y la carga, en funcionamiento y de manera continua, en orden a aumentar la transferencia de calor a la carga, sin tener que aumentar el aporte de energfa en el horno, sin menoscabar la calidad de la carga fundida y aumentando la productividad sin reducir la vida util del horno.

Las prestaciones del procedimiento segun la invencion pueden ser reguladas en lazo cerrado o en lazo abierto.

De este modo, el procedimiento segun la invencion puede ser, por ejemplo, un procedimiento que comprende las etapas:

- de inyectar al menos un chorro de fluido principal,

- de inyectar al menos un chorro de fluido secundario,

- de hacer interaccionar al menos un chorro de fluido principal con al menos un chorro de fluido secundario en orden a originar al menos un chorro resultante de esta interaccion, permitiendo dicha interaccion hacer variar la direccion y/o la apertura de dicho chorro resultante y, asf, de la llama.

Preferentemente, el numero de chorros secundarios que interaccionan con un chorro principal para obtener el efecto deseado sobre el chorro resultante se minimizara en orden a reducir el coste de fabricacion de la lanza / del quemador y, asimismo, el coste del sistema de alimentacion y de regulacion de los caudales de los fluidos si se quiere pilotar los chorros accionadores de manera independiente. Un efecto monodireccional puede obtenerse preferentemente con un solo accionador. (Se define la direccion de un chorro / de una llama por ser un vector unitario normal a la seccion de paso del fluido orientado en el sentido del flujo, es decir, de aguas arriba hacia aguas abajo).

La naturaleza del fluido en los chorros secundarios o chorros accionadores se escogera en funcion de la aplicacion perseguida. En la practica, se utilizara muchas veces un mismo fluido para el chorro principal y para el (los) chorro(s) accionador(es). No obstante, se puede utilizar, por ejemplo, para controlar la desviacion de un chorro de aire, una mezcla de aire y de helio (de densidad inferior) o para aumentar el arrastre de los productos de combustion en una llama cuyo combustible es propano, controlar el chorro principal de combustible y/o de comburente con un chorro

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secundario de vapor de agua.

Por lo que se refiere a las propiedades ffsico-qmmicas del fluido utilizado para realizar los chorros secundarios o accionadores, estas pueden ser escogidas para controlar ciertas propiedades del flujo resultante. Por ejemplo, se podra modificar la reactividad de una mezcla de chorros principales combustible (por ejemplo, gas natural), comburente (por ejemplo, el aire) mediante utilizacion de oxfgeno (u otro comburente) y/o de hidrogeno (u otro combustible).

Asf, la invencion cubre un procedimiento para calentar una carga con el concurso de un util que origina una llama, tal como un quemador o una lanza, descrito en la presente solicitud, en el que se modifica, de ser necesario, la relacion de las impulsiones del chorro de comburente y/o de combustible y/o de premezcla, por una parte y, por otra, del chorro de fluido secundario, en orden a hacer variar la direccion (y/o la apertura) de la llama con respecto a la carga.

En ciertos casos del procedimiento segun la invencion, el caudal de inyeccion de combustible puede ser nulo. El util que origina una llama es, entonces, una lanza (para inyectar un comburente tal como el oxfgeno, por ejemplo) cuyo chorro tiene una direccion (y, ocasionalmente, una apertura) variable. Por supuesto, una lanza tambien puede ser utilizada para inyectar combustible, lfquido y/o gaseoso y/o solido, por ejemplo, una lanza de carbon pulverizado (gas tal como el aire que propulsa polvo solido tal como carbon).

Si se dota el extremo de la lanza, justo antes de la interaccion de los chorros principal y secundario(s), de una boquilla que incluye un tramo convergente / tramo divergente (tambien denominada tobera de De Laval en la bibliograffa), se podra obtener, en la salida del tramo divergente (de manera en sf conocida en la bibliograffa) un chorro de fluido principal supersonico, por ejemplo, un chorro de oxfgeno supersonico que podra ser, entonces, de direccion variable (ocasionalmente, de apertura variable, pero perdiendo generalmente su velocidad supersonica, lo cual permite alternar las velocidades subsonicas y supersonicas en ciertos procedimientos).

Se puede, ocasionalmente, actuar sobre el chorro principal con el concurso del chorro secundario preferentemente solo cuando la velocidad del chorro de fluido en la salida de la tobera de De Laval es unicamente subsonica (disminuyendo la presion aguas arriba de la tobera de De Laval). Esto puede permitir, en una fase de inyeccion subsonica, “barrer” el conjunto de la carga actuando sobre el chorro principal de la manera descrita en la presente solicitud y, luego, en una fase supersonica, actuar de manera mas limitada o incluso nula (pequena cantidad de movimiento del chorro secundario o incluso cantidad de movimiento nula) sobre el chorro principal supersonico (aplicacion en metalurgia sobre un convertidor, horno electrico, etc.).

De acuerdo con una variante, la llama es desviada en orden a barrer al menos una parte de la superficie de la carga. Asf, es posible, por ejemplo, desviar la llama utilizando al menos dos chorros auxiliares, en orden a obtener una variacion de la direccion de la llama en al menos dos planos secantes (por ejemplo, desviacion segun la anchura del horno y desviacion segun la longitud del horno). Esto permite, en especial, cubrir la totalidad de la superficie de la carga sin sobrecalentamiento localizado.

Ejemplos

La invencion se comprendera mas facilmente con ayuda de los siguientes ejemplos de realizacion, dados a tftulo no limitativo, en conjuncion con las figuras, que representan:

Figura 1: un esquema de principio de la interaccion de los chorros en una lanza o un quemador que puede ser utilizado en el procedimiento segun la invencion.

Figura 2: esquema de una regulacion de las prestaciones del procedimiento.

Figura 3A y B: esquema de chorros accionadores para controlar la direccion del chorro resultante / de la llama.

Figuras 4a y b: esquema de chorros accionadores para el control de la apertura del chorro resultante / de la llama.

Figura 5: densidad del flujo de calor de una llama en funcion de la distancia al punto de inyeccion, bajo diferentes incidencias.

Figura 6: transferencia de calor a la carga en funcion de la relacion del caudal de los chorros accionadores y del chorro principal.

Figura 7A y B: esquema del procedimiento para el calentamiento de una carga.

Figura 8: esquema que ilustra un desplazamiento lateral de la llama.

En la figura 1, se representa un esquema de principio de un quemador o de una lanza que pueden ser utilizados en el procedimiento para hacer variar la direccion (y, ocasionalmente, la apertura) de la llama.

El chorro principal 3 dimanado del inyector principal 7 pasa a interaccionar con el chorro accionador 2 dimanado del inyector secundario 4, creando asf un chorro resultante 1 de direccion y/o de apertura diferente del chorro 3 en

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defecto de chorro accionador 2.

Es de senalar, en la figura 1, que el chorro accionador 2 conducido por el inyector secundario 4 que tiene la forma de una canalizacion que atraviesa la materia 5, por ejemplo, un bloque que rodea el canal 7, abocando este chorro accionador 2, por mediacion del inyector secundario 4, preferentemente de manera sensiblemente perpendicular al chorro 3. El chorro principal 3 desemboca, en este punto, en el interior de la materia 5, es decir, antes de la eyeccion del chorro del inyector principal 7.

La interaccion entre los chorros preferentemente se produce (tal como se ilustra) en el interior de los medios que entregan este chorro principal (tubo, antecamara, etc.) antes de que dicho chorro principal aboque desde dichos medios u, ocasionalmente, donde el chorro principal aboca desde estos medios o en la proximidad de este lugar.

La figura 2 representa un esquema de principio de un procedimiento de regulacion de las prestaciones de un chorro de una lanza o de un quemador que utiliza un sistema de chorros segun la invencion.

Los sensores 14, 16 y 17 miden magnitudes caracterizadoras de los productos de combustion y de las condiciones del funcionamiento del procedimiento y/o del hogar y del quemador. Estas medidas se transmiten, con el concurso de las lmeas 18, 19 y 20, al controlador 15. Este ultimo determina, en funcion de unas consignas dadas para estas magnitudes caractensticas, los parametros de funcionamiento de los accionadores, en orden a mantener las magnitudes caractensticas en sus valores de consigna y, con el concurso de la lmea 21, transmite estos parametros a los organos de mando de los accionadores 11.

Las figuras 3A y B representan un esquema de principio de accionador para el control de la direccion de un chorro / de una llama.

La figura 3A es una vista de frente de un chorro 30 que incluye cuatro chorros accionadores 31, 32, 33 y 34 respectivamente dispuestos, por ejemplo, a 90° unos de otros y que entran en incidencia perpendicular a la direccion del chorro principal 30. En la figura 3b, se representa una vista desde un lado del conjunto de la figura 3A. Los chorros accionadores 31 y 33 no se han representado.

Si, en defecto de chorro accionador, el chorro principal 30 fluye perpendicularmente al plano de la figura 3A, la inyeccion de un chorro en el inyector 33 permite una desviacion del chorro resultante hacia la derecha en la figura 3A (en direccion a 31), es decir, en el mismo sentido que el sentido de flujo del chorro 33 (y la misma direccion). Si, simultaneamente, se acciona el chorro 34, segun las cantidades de movimiento relativas de los chorros 33 y 34, se podra obtener un chorro resultante desviado en una direccion (proyectada en el plano de la figura 3A) que puede variar permanentemente entre las direcciones de los chorros 33 y 34 (hacia la derecha y hacia abajo en la figura 3A).

Las figuras 4a y b representan un esquema de principio de accionador para el control de la apertura de un chorro / de una llama.

En la figura 4a, que es una vista en seccion longitudinal de un dispositivo de inyeccion, el chorro principal 55 (que fluye de la izquierda hacia la derecha en la figura) topa con los chorros accionadores (representados en la figura 4b, que es una vista de frente segun el eje AA de la figura 4a) 51, 52, 53 y 54, que pasan a incidir en el chorro principal 55 de manera tangencial, permitiendo, segun las impulsiones de estos diferentes chorros, “abrir” en mayor o menor medida el chorro principal 55. Este efecto de apertura es debido esencialmente al hecho de que los chorros accionadores y el chorro principal tienen ejes que no se cortan, aunque los chorros tengan una interaccion ffsica entre sf. Esto lleva consigo un giro del chorro principal sobre sf mismo y, asf, un cambio de la apertura del chorro / de la llama.

Para obtener a la vez un efecto de direccion y de apertura, se combinaran las ensenanzas de los parrafos precedentes.

La figura 5 muestra tres perfiles de flujos de calor transferido por una llama a una carga segun el angulo de incidencia de la llama sobre la carga, en funcion de la distancia al punto de inyeccion de los reactivos en el eje del quemador. Se observa un aumento muy acusado del flujo de calor transferido a la carga con el aumento de la incidencia de la llama. Para una incidencia nula (9 = 0 -vease la figura 7B-), el flujo de calor es sensiblemente constante en toda la longitud de la llama; para una incidencia de 15°, el flujo transferido aumenta muy deprisa, luego, un poco menos deprisa a partir del punto A, en tanto que, para una incidencia de llama de 30°, el flujo transferido aumenta con suma rapidez hasta el punto B, y luego, con menos rapidez sensiblemente hasta el punto A, a partir del cual disminuye la transferencia.

La figura 6 representa la transferencia de calor a una carga por una llama de direccion variable, realizada por la interaccion de un chorro principal con unos chorros accionadores. Mas en particular, la figura 6 representa el flujo de calor entregado en funcion de la relacion del caudal de los chorros accionadores al caudal del chorro principal (tambien representado en este punto en porcentaje del caudal del chorro principal), tanto para el chorro de combustible como para el chorro de comburente (quemador de inyeccion separada). Cada chorro inicialmente

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inyectado paralelamente por encima de la carga va siendo desviado progresivamente en direccion a la carga, lo cual aumenta la transferencia de calor a la carga.

La invencion se va a ilustrar seguidamente en el caso de un quemador utilizado para calentar una carga indeterminada, que puede ser una carga metalica o cualquier otra carga que se tiene que fundir y/o llevar a una temperatura elevada, y mantenida luego a la misma, por ejemplo, una carga de metal ferroso o no ferroso, de vidrio, de cemento o, por el contrario, una carga que se tiene que secar a partir de un bano lfquido.

Es posible aplicar la invencion en un util de tratamiento de acero en un horno de arco electrico, por ejemplo, de la manera siguiente: el util incluye una llama (habitualmente subsonica) que permite calentar el metal, hacer que se funda, especialmente al principio de una fusion. Esta llama, segun se ha explicado en la presente solicitud, puede ser de direccion variable equipando cada chorro principal (comburente, combustible, premezcla) o, al menos, un chorro principal, con un chorro accionador que pasa a hacer variar su direccion (y, ocasionalmente, su apertura), en orden a poder desplazar esta llama sobre la carga sin precisar de medios mecanicos pesados que cambian la direccion del cuerpo del quemador.

En el centro del util, generalmente se preve un canal de inyeccion a velocidad supersonica (equipado con una tobera de De Laval) de gas tal como el oxfgeno, el nitrogeno, etc. Este canal, a su vez, puede estar equipado con un canal de inyeccion de chorro auxiliar para hacer variar la direccion del chorro (subsonico o supersonico). Asimismo, se pueden prever accionadores para aumentar la apertura del chorro principal, por ejemplo cuando su velocidad es subsonica. En general, se evitara accionar tales chorros accionadores sobre un chorro principal a velocidad supersonica, pues generalmente se procura conservar el angulo de apertura del chorro tan pequeno como sea posible en este caso, con el fin de aumentar la penetracion de este chorro supersonico.

En ciertas fases de funcionamiento, se puede utilizar un chorro central (por ejemplo, oxfgeno, nitrogeno, etc.) a velocidad supersonica, rodeado de una llama con el fin de mantenerle el mayor tiempo posible una velocidad proxima a su velocidad inicial en la salida de la tobera (convergente / divergente).

La llama podra tener ocasionalmente, segun las etapas del procedimiento en el horno electrico, una apertura mas o menos grande (es decir, que abarca en una longitud mas o menos grande el chorro supersonico).

Los ejemplos que siguen son relativos al control de la transferencia de calor de un quemador que utiliza la invencion hacia una carga en un procedimiento de fusion de una carga, por ejemplo, una carga de metal (que puede incluir partes solidas y/o lfquidas). Tales ejemplos se pueden realizar, en especial, utilizando un procedimiento de regulacion tal y como se ha descrito anteriormente.

Un horno de fusion de aluminio generalmente esta equipado con uno o varios quemadores sobre una o varias de las paredes laterales que rodean la cuba de fusion del horno, dispuestos por encima de la lmea de flotacion del metal cuando este ultimo esta completamente fundido (lfquido). El eje de la llama, cuando esta es horizontal, esta situado a una altura comprendida entre 10 y 100 cm con respecto a esta lmea de flotacion, preferiblemente entre 40 y 80 cm.

• Ejemplo 1: caso de materia solida en el horno

En este ejemplo, se utilizan inyectores para que la incidencia de llama sea variable. Cada chorro de fluido es inyectado en la camara del horno por intermedio de un inyector.

En la primera parte del ciclo de fusion del aluminio, cuando el metal se halla presente mayoritariamente en estado solido, se gradua la llama para que esta tenga una incidencia no nula (eje de la llama entre 5° y 75°, preferiblemente entre 25° y 45°). Este ajuste permite mejorar considerablemente la transferencia termica del quemador y, con ello, reducir la duracion de la fusion (segun se ha explicado con ayuda de la figura 6).

Cuando la mayona de los bloques de metal solido estan fundidos, se gradua la llama en orden a tener un angulo de incidencia nulo. Por lo tanto, la llama es paralela a la lmea de flotacion del metal lfquido. Este ajuste permite seguir transfiriendo energfa a la carga y terminar la fusion del metal o afinarlo limitando el recalentamiento del metal ya fundido y, consecuentemente, su oxidacion por la llama o los productos de combustion.

Entre las posiciones extremas de la llama antes descritas (incidencia franca e incidencia nula), se puede igualmente, durante la primera parte del ciclo, adoptar un ajuste intermedio, estatico, donde la incidencia de la llama esta comprendida entre 5° y 30°, preferiblemente, entre 10° y 25°, para obtener un compromiso entre cobertura de la carga del horno por la llama (superficie proyectada de la llama sobre el bano) e intensidad de la transferencia termica. Las figuras 7A y B ilustran las posiciones de la llama con respecto a la carga en las dos fases del procedimiento de calentamiento.

La figura 7A es una vista desde arriba de un horno de fusion de aluminio que, equipado con dos quemadores segun la invencion, produce dos llamas posicionadas por encima del bano de metal.

La chimenea del horno permite la descarga de los humos producidos por las llamas.

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La figura 7B representa una vista desde un lado del mismo horno en correspondencia con una de las llamas.

En la figura 7B, parte inferior, la llama esta inclinada en un angulo 9 con respecto a la horizontal, preferentemente cuando sigue habiendo presente metal solido sobre el bano lfquido, en tanto que, en la parte superior de esta figura, la llama esta posicionada en incidencia nula (9 = 0).

Entre las posiciones extremas de la llama (incidencia franca e incidencia nula), se puede igualmente, durante la primera parte del ciclo, hacer variar de manera periodica el angulo de incidencia de la llama.

Por ejemplo, en la primera fase, el operario del horno puede hacer variar la incidencia, ocasionalmente manualmente, entre 5° y 45° o entre 10° y 45°, y luego volver a 0° en la segunda fase. Preferentemente, se pilotara el quemador con una caja de mandos que permite modular de manera periodica la relacion de control del quemador, es decir, la relacion de las impulsiones de los chorros principal y accionador(es) y, consecuentemente, la incidencia de la llama sobre el bano. La senal de mando de la caja de mando podra ser sinusoidal, triangular, cuadrada, etc., con una frecuencia variable de 0,05 Hz a 100 Hz, preferiblemente, triangular a una frecuencia de 0,1 a 10 Hz. La variacion periodica de la posicion de la llama permite homogeneizar la transferencia de calor en el interior del horno y, asf, hacer que los elementos solidos se fundan mas rapidamente.

• Ejemplo 2: homogeneizar la transferencia de energfa a la carga

En este ejemplo, se utilizaran inyectores segun la invencion para que la orientacion horizontal de la llama pueda modificarse segun demanda, en funcion de la relacion de control de cada inyector, tal como se ilustra en la figura 8.

Cada chorro de fluido es inyectado en la camara del horno por intermedio de un inyector de este tipo, pero, para chorros dimanados de puntos de inyeccion situados en un mismo plano horizontal o planos horizontales poco espaciados entre sf (de uno a dos diametros de chorro, por ejemplo), cabe contentarse con utilizar estos inyectores tan solo para los chorros perifericos cuando estos pueden interaccionar con los demas chorros que han de desviarse.

La variacion de la orientacion horizontal puede llevarse a cabo en ambos sentidos, izquierda y derecha, bien equipando cada chorro principal con dos chorros accionadores laterales, o bien equipando cada chorro principal periferico con un solo chorro accionador, capaz de accionar el chorro principal en el sentido horizontal, pero de sentidos opuestos entre sf. Se puede igualmente descentrar el inyector principal de modo que, a una relacion de control nula, la llama sea desviada naturalmente (a la derecha o a la izquierda) con respecto al eje X-X' del quemador en la figura 8 y, entonces, hacer variar la orientacion de la llama aumentando progresivamente la relacion de control del sistema de mando (es decir, obtener un chorro segun el eje X-X' con una relacion de control no nula).

La utilizacion de uno o varios quemadores con orientacion de llama variable permite aumentar la cobertura de la carga mediante desplazamiento horizontal de la llama.

(La expresion relacion de control antes utilizada se define por ser la relacion de los caudales del chorro accionador y del chorro principal, teniendo presente que la impulsion de un chorro de fluido puede controlarse simplemente mediante la variacion de la apertura de una valvula, siendo proporcional el aumento de la apertura de una valvula al aumento del caudal del chorro, dadas, por lo demas, las mismas circunstancias).

Cuando las relaciones de control del/de los quemador(es) son nulas, la orientacion de la llama esta situada en el eje natural del quemador y la llama cubre una porcion de la carga. Cuando una de las relaciones de control es no nula, la posicion de la llama es desviada y la llama cubre otra porcion de la carga.

La figura 8 ilustra un ejemplo de desplazamiento horizontal de una llama por encima de una carga; cada chorro principal 130, 132 (comburente o combustible) esta dotado de un chorro accionador 131, 133; en la parte superior de la figura 8, la relacion de control CR del chorro 130 es nula, es decir, no se inyecta ningun fluido en el canal 131; por el contrario, la relacion de control CR del chorro 132 es positiva, lo cual quiere decir que, debido a que 133 actua de abajo arriba en la figura, el chorro accionador 133 desvfa el chorro principal 132 hacia arriba en la figura, es decir, hacia la izquierda con respecto al eje X-X' del quemador.

En la parte central de la figura 8, al ser nulas (CR = 0) las relaciones de control de los chorros principales 130 y 132, no hay chorros accionadores en accion, y la llama se propaga segun el eje X-X'.

En la parte inferior de la figura 8, la relacion de control CR del chorro 130 y del chorro es positiva, lo cual lleva consigo una derivacion de la llama hacia abajo en la figura (hacia la derecha en una vista desde arriba), teniendo el chorro principal 132 y el chorro accionador 133 una relacion de control nula (ausencia de chorro 133).

Tal como se ha enunciado en el ejemplo 1, el operario del horno puede hacer variar manualmente, periodicamente o no, las relaciones de control, con el fin de modificar la posicion de la llama. Las relaciones de control tambien pueden ajustarse con el concurso de una caja de mandos que permite modular de manera periodica la relacion de control del quemador.

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De este modo, cada quemador puede cubrir una mayor porcion de carga, favoreciendo la homogeneidad de la transferencia termica y permitiendo limitar la ocasional formacion de puntos calientes, si en el bano se encuentran materiales refractarios (por ejemplo, residuos basados en alumina, reciclados o que se forman por oxidacion del metal que se esta fundiendo), y favorecer, con caracter general, la transferencia termica que permite acelerar el proceso de fusion a potencia constante, o reducir el consumo energetico a tiempo de fusion constante.

• Ejemplo 3: llama con incidencia variable sobre la carga y que barre lateralmente la carga

• Ejemplo 4: regulacion en lazo cerrado

Permitiendo este ejemplo de realizacion de la invencion controlar el desplazamiento horizontal y vertical a la vez de la llama, en funcion, por ejemplo, de diferentes parametros de funcionamiento del horno, facilitados por diferentes tipos de sensores instalados en el horno y, especialmente, sensores de flujo de calor, de temperatura u, ocasionalmente, de composicion qmmica (por ejemplo, diodo laser de tipo TDL).

- Un lazo de regulacion cuyo sensor es un dispositivo de medicion que permite obtener una imagen de la transferencia termica a la carga o de la oxidacion del bano de aluminio, permitiendo esta informacion disminuir o aumentar la transferencia a la carga actuando sobre el caudal del chorro accionador, tal como se ha enunciado anteriormente.

- Un lazo de regulacion de la posicion de la llama basado en la medida de la temperatura del bano, cuando hay presente al menos una porcion del bano en estado lfquido. Mientras la temperatura del bano sea inferior a un valor Tc, comprendido entre 650 y 750 °C, por ejemplo para el aluminio, la llama debe permanecer en incidencia no nula sobre el bano para maximizar la transferencia de calor. Cuando nos vamos acercando al valor Tc, se levanta progresivamente la llama para distanciarla del bano, maxime cuando se alcanza el valor objetivo, con el fin de limitar los riesgos de oxidacion de la carga. A continuacion, se regula la incidencia de la llama para mantener la temperatura en su valor objetivo.

- Un lazo de regulacion de la posicion de la llama basado en la medida del flujo termico:

Este flujo termico se puede evaluar ocasionalmente por intermedio de una diferencia de temperatura lefda entre dos termopares inmersos en el bano a diferentes profundidades, pero en una misma generatriz perpendicular a la solera del horno.

Asimismo, el flujo termico se puede deducir de las transferencias termicas calculadas a traves de la solera del horno, siempre mediante medicion de la diferencia de temperatura en su seno. Dada la mayor resistividad de la solera, constituida a partir de materiales refractarios, es mas facil obtener un gradiente de temperatura significativo.

El flujo termico tambien se puede seguir merced a un fluxometro en la boveda de la camara de fusion. En efecto, dadas, por lo demas, las mismas circunstancias, cualquier disminucion del flujo percibido por la boveda y observado por el fluxometro corresponded al menos parcialmente a un aumento del flujo de calor transmitido a la carga. (Se presta menos interes al valor absoluto del flujo termico transmitido a la carga (o de las perdidas en las paredes) que a la evolucion temporal de la senal que le corresponde.)

La fusion de la carga dara comienzo con una llama en franca incidencia sobre la carga, manteniendose esta incidencia mientras el flujo transmitido a la carga permanezca elevado. A partir del instante en que disminuye este flujo, prueba de un aumento de la temperatura de la carga y de la disminucion de su capacidad de absorcion termica, se levanta progresivamente la llama para distanciarla del bano, con el fin de limitar los riesgos de oxidacion o de sobrecalentamiento de la carga.

- Un lazo de regulacion de la posicion de la llama basado en la medida de la composicion de los humos en la salida del horno o en el interior del horno, por encima del bano, entre la llama en incidencia y el bano de aluminio, etc., para la deteccion de una o varias especies reveladoras de la oxidacion del bano de aluminio, tales como el CO:

a. La composicion de los humos se puede medir, de manera en sf conocida, por extraccion con posterior analisis (analizadores tradicionales, TDL u otros) o in situ, por absorcion (diodo laser u otro) o por sonda electroqmmica.

b. La fusion da comienzo con una llama en franca incidencia sobre la carga, y esta incidencia se mantiene mientras el o los trazadores de la oxidacion sean estables y escasos en cantidad. A partir del instante en que aumenta la concentracion del o los trazadores de la oxidacion, se levanta progresivamente la llama para distanciarla del bano, con el fin de limitar la concentracion del o los trazadores y, con ello, la oxidacion de la carga, actuando sobre el chorro principal por mediacion del chorro accionador tal como anteriormente se ha explicado.

c. Adicionalmente, la posicion de la llama se puede graduar para alcanzar un valor de consigna y mantener luego una consigna precisa de concentracion de trazador de oxidacion. Efectivamente,

se puede fijar un umbral de concentracion que no se habra de sobrepasar y ajustar permanentemente la incidencia de la llama para lograrlo.

Hay que hacer constar en cualquier caso que, cuando la carga se compone al menos en parte de solido fno, se puede orientar la llama de manera franca en incidencia sobre la carga, ya que, mientras las temperatures 5 permanezcan modestas, por ejemplo inferiores a 600 °C para el aluminio, el porcentaje de oxidacion permanece pequeno. Cuando la carga se ha hecho esencialmente lfquida, la regulacion utilizada pasa a ser importante para evitar la elevacion de temperatura del metal y la oxidacion del mismo. Para una aplicacion de la invencion en el calentamiento de otro material distinto al aluminio, por ejemplo, para calentar un bano de vidrio, etc., se aplican los mismos principios de regulacion, para temperaturas y criterios que son diferentes de un material a otro, pero que, en 10 sf mismos, son bien conocidos para un experto en la materia.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de calentamiento de una carga con ayuda de una llama originada por una lanza y/o un quemador, caracterizado por que, en una primera fase, se dirige la llama en direccion a la carga, y por que, en una segunda fase, se dirige la llama sensiblemente paralelamente a la carga.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la lanza y/o el quemador son una lanza y/o quemador de posicion fija que producen una llama de direccion variable.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que, durante la primera fase, el angulo de inyeccion 9 de la llama esta comprendido entre aproximadamente 90° y 5° y por que, durante la segunda fase, el angulo de inyeccion 9 de la llama esta comprendido entre 5° y 0° aproximadamente.
4. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por que el angulo de inyeccion 9 de la llama durante la primera fase esta comprendido entre 5° y 75°, preferentemente entre 25° y 45°.
5. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la llama es de apertura variable.
6. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, siendo creada la llama por al menos un chorro resultante (1) de direccion variable, obteniendose dicho chorro (1) mediante una interaccion entre al menos un chorro de fluido principal (3, 30, 130, 132) y al menos un chorro de fluido secundario (2, 31, 32, 33, 34, 131, 133).
7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que se hace variar la relacion de los caudales de al menos un chorro principal (3, 30, 130, 132) y de al menos un chorro secundario (2, 31, 33, 34, 131, 133) que interaccionan entre sf.
8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado por que el cambio de direccion de la llama resulta de la mera interaccion de al menos un chorro principal (3, 30, 130, 132) y de al menos un chorro secundario (2, 31, 33, 34, 131, 133).
9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que el chorro principal (3, 30, 130, 132) es un chorro que contiene comburente, combustible o una premezcla comburente y combustible.
10. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por que la carga es una carga de metal ferroso o no ferroso, de vidrio, de cemento o una carga que se tiene que secar a partir de un bano lfquido.